Химические свойства металлов

Металлы довольно легко отдают свои валентные электроны, т.е. являются восстановителями Me – n → . Восстановительная активность свободных атомов металлов характеризуется энергией ионизации I : чем ниже I, тем выше восстановительная активность металла. В группах А (т.е. для s и р - металлов) восстановительная активность металлов растёт сверху вниз, а в группах В (т.е для d – металлов) как правило, уменьшается.

В растворах восстановительная активность атомов характеризуется значением электродного потенциала ˚ .Чем отрицательнее ˚ ,тем выше восстановительная активность металла. Самыми активными восстановителями являются атомы щелочных металлов.

 

t

Металлы энергично либо при обычной температуре , либо при небольшом нагревании реагируют с окислителями (кислородом, серой, галогенами), например :

 +  = ,       + =  ,  Fe + S   →   FeS

                  Гидрид                                   хлорид                         сульфид

 

Большинство металлов, окисляясь на воздухе, покрываются плёнкой оксидов. Если плёнка плотная, она предохраняет металл от коррозии (т.е. разрушения на воздухе). На воздухе и окисляются только благородные металлы - Au, Pt.

Кроме оксидов на поверхности металлов могут образоваться и другие продукты взаимодействия с компонентами воздуха:

 

 =  основной карбонат меди (II)

                                                    зеленый

 +  сульфид серебра

                                               черный

Важными химическими реакциями являются реакции взаимодействия металлов с водой кислотами (HCl, , ), щелочами, растворами и солей.

Реакции с водой : металлы с с вытеснителем , если значение электродного потенциала меньше нуля, например:

˚  = -2,714 в, поэтому 2Na +  = 2NaOH +

t

Если на поверхности металла находится плёнка нерастворимых в воде оксидов гидроксидов, взаимодействие с водой протекает при нагревании :

2Na +   →  +

Для металлов, имеющих ˚ > 0 взаимодействие с водой термодинамически невозможно.

Реакции с растворами солей : металлы реагируют с растворами солей, вытесняя из них менее активный металл :

 + Ni = Cu + ˚ Cu = 0,337 в, ˚ Ni = -0,25 в)

Обратная реакция :

 + Сu ≠

термодинамически невозможна.

Реакции с щелочами : металлы реагируют с щелочами при двух условиях:

во – первых : реакция с щелочью протекает если электродный потенциал ˚ < 0

во – вторых : металл должен иметь амфотерную природу своих оксидов и гидроксидов. Данным условиям соответствуют такие металлы : Al, Zn, Cr, Be и др., например : ˚ = - 1,847 в. Берилий образует амфотерные оксид ВеО и гидроксид  . Реакция с щелочью :

 + 2 NaOH =

Реакции с кислотами : продукты взаимодействия металлов с наиболее важными минеральными кислотами зависят от активности металла, концентрации кислоты, температуры.

HCl  : соляная кислота взаимодействует только с металлами электродный потенциал которых ˚ < 0 с выделением водорода :

Zn + 2HCl = (Е˚ = - 0,763 в)

Сu + HCl ≠ (Е˚  = 0,337 в)

Если металл образует труднорастворимый хлорид, реакция идёт только на поверхности металла :

 Pb+ 2HCl ≠  ↓ +

 : разбавленная серная кислота реагирует с металлами также, как соляная :

             Zn +  = +           Cu +

Pb +  = ↓ +

Концентрированная серная кислота окисляет металлы за счёт сульфат-иона, продукты восстановления зависят от активности металла до , с металлами средней активности до S, с неактивными до :

 =  +  + 4  

t

( ˚  = -2,36 в – активный металл)

 === +  + 4  

( ˚  = -0,037 в – металл средней активности)

Реакция с Fe, а также с Be, Co, Ni, Al, Cr, идёт только при нагревании, т.к. серная концентрированная кислота пассивирует при обычной t эти металлы (т.е. образует на их поверхности плёнку оксидов).

Сu +  = +  + 2        

( ˚  = 0,337 в – неактивный металл)

С наиболее активными d – металлами серная кислота не взаимодействует – Au, Pt – новые металлы – W,Ta, Nb, Hf.

 : разбавленная азотная кислота окисляет большинство металлов уже при обычной t, восстанавливаясь с активными Ме до , с металлами средней активности до  или , с неактивными до – NO.

Концентрированная азотная кислота восстанавливается в реакциях с большинством металлов до бурого газа , она также, как серная концентрированная кислота, пассивирует при обычной t те же металлы :

4Mg +  = +  + 3        

Mg + =  + 2        

t

10Fe +   =  +  + 18        

Fe +  = +  + 3   

3Сu +  = +  + 4        

Сu + = +  + 2        

Наиболее неактивные d – металлы азотная кислота окисляет только в смеси с другими кислотами, например: смесь 1 объём и 3 объёма HCl называется царской водкой

                                                  Au + →

Au + + 4HCl → H[Au ] + NO + 2